水稻种子活力关键节点的氧化损伤的分子机理研究

Seed vigor has a close relationship with reactive oxygen species(ROS). Decreasing ageing seed antioxidant system activity caused the accumulation of reactive oxygen species, leading ultrastructure disorders, physiological metabolism decreased, thereby reducing the vitality of the seed. Loss of seed viability was anti-S-shaped curve, and vitality from Phase I to Phase II is an important stage of seed ageing from quantitative to qualitative critical nodes of seed ageing, has extremely important implications for seed vigor and genetic integrity. Previous studies revealed the seeds ageing mechanism by the changes of physiological levels of the antioxidant system throughout the whole ageing process, the lack of research on seed vigor critical nodes, but also the lack of evidences of proteomics and molecular levels. Therefore, the project intends to rice seed as materials, using proteomics, molecular biology, plant structure, physiological and biochemical techniques to analyze the level and regulation of ROS and antioxidant activity in seed vigor critical nodes, as well protein oxidative damage caused by reactive oxygen species on the seed, to reveal the mechanism of reactive oxygen damage in rice seed vigor critical node. This study will provide important theoretical basis and practical guidance for agricultural production and germplasm resources

活性氧与种子的活力有着密切的关系。老化的种子抗氧化系统活性降低，活性氧积累，导致超微结构紊乱，生理代谢减弱等，从而降低种子的活力。种子生活力丧失呈反S型曲线，活力从Phase I到Phase II之间是种子老化从量变到质变的重要阶段，是种子老化的关键节点，对于种子活力和遗传完整性有着极其重要的影响。前人的研究主要通过抗氧化系统生理水平的变化揭示种子的在整个老化过程老化机理，缺乏对关键节点的研究，更缺乏蛋白质组和分子水平的证据。因此，本项目拟采用水稻种子为试材，利用蛋白质组学和分子生物学技术结合植物结构和生理生化技术，分析种子活力关键节点时活性氧的水平，抗氧化系统的活性和调控规律，以及活性氧对种子造成的蛋白氧化损伤，以期从活力关键节点的活性氧损伤揭示种子的老化机理。本研究将为农业生产和种质资源的安全保存提供重要的理论依据与实践指导。

种子的活力曲线呈反S形，即在开始阶段的平台期（Phase I），而后是快速下降期（Phase II），最后种子活力缓慢下降直至死亡（Phase III）。而种子在贮藏过程中，活力从Phase I降至Phase II阶段的活力关键节点是种质安全保存的重要阶段，当活力低于关键活力节点，种子的活力下降速度加快，而且可能影响到种质遗传完整性丧失，为了维持种质资源的遗传完整性，种质需要在关键节点下限值进行繁殖更新。目前，很多过国家种质库的研究团队认识到了活力关键节点对种质资源安全保存的重要性，由于活力关键节点的生物学机制不清楚，导致国际上几个主要基因库的繁殖更新临界值没有统一标准。目前国内外开展ROS氧化损伤的机理研究主要是疾病和衰老领域，其中最主要聚焦于蛋白发生羰基化修饰。通过蛋白质组方法，在水稻种子活丧失关键节点，鉴定了112个蛋白表达量发生改变，其中有68个发生蛋白羰基化修饰。参与线粒体、糖酵解和戊糖磷酸循环代谢的蛋白呈显著下调，以及参与逆境胁迫和应答的蛋白也呈显著下调，能量代谢和胁迫代谢相关差异蛋白均有较高比例，可能与水稻种子活力丧失密切相关。贮藏蛋白和LEA等蛋白呈显著上调，可能与种子活力下降导致无法降解这类蛋白有关。水稻种子活力降至80%时，是其活力关键节点。水稻种子活力降了20%时，其生理状态已经发生了较大的改变，其中ROS的清除系统活性迅速下降，导致ROS的积累，发生氧化损伤，将进一步导致种子活力快速下降。